JP5222033B2 - 立体画像再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、任意の視点から観察可能な三次元画像を再生する立体画像再生装置に関する。

従来から、様々な視点から観察が可能な三次元画像（立体画像）を再生するための技術として、インテグラルフォトグラフィや光線再生法が知られている（下記特許文献１〜３参照）。例えば、光線再生法では、点光源と光源再生フィルター上の透過点の組み合わせで光線が再生され、生成光線群で三次元画像が形成される。
特開平１０−２３９７８５号公報 特開２００１−２３５７０８号公報 国際公開ＷＯ０２／１９０１２号公報

しかしながら、上述した従来法において用いられる画像再生装置には光源アレイ等の内部光源が必要とされる。そのため、画像表示面の大面積化を図る場合に内部光源の大型化も必要となり、コストの増大や消費電力の増加を招く傾向にあった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、装置が大型化された場合であってもコスト及び消費電力の増大を抑えることが可能な立体画像再生装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の立体画像再生装置は、外部からの照明光をその入射方向に沿って反射させる再帰性反射材からなる反射層と、反射層上に配置され、照明光及び反射層からの反射光の強度及び波長を変調させる画像パターンが印刷された画像再生層と、反射層上に配置され、照明光及び反射光を通過させるピンホールが２次元状に配列されたピンホール層と、画像再生層とピンホール層との間に配置された光透過性を有する中間層とを備える。

このような立体画像再生装置によれば、外部からの照明光が、画像再生層、及び中間層によって画像再生層との間の距離が所定値に設定されたピンホール層を介して反射層に入射され、その結果入射方向に沿って反射された反射光が、再度画像再生層及びピンホール層を通して外部に出射されることにより、装置前面又は装置背面の所定点に各ピンホールの位置と各ピンホールに対応する画像再生層上の透過点とで決まる立体像が再生される。この際、装置内部には照明用光源が不要とされるので、再生画像の大型化を図る場合であってもコストの増大や消費電力の増加を防ぐことができる。

画像再生層は、反射層とピンホール層との間に配置されていることが好ましい。この場合、画像再生層が外部に露出されることがないので、照明光によって生じる不要な反射光を低減することができる。

また、ピンホール層は、反射層と画像再生層との間に配置されていることも好ましい。

さらに、画像再生層及びピンホール層を介して反射層に照明光を照射する照明部を更に備えることも好ましい。

本発明の立体画像再生装置によれば、装置が大型化された場合であってもコスト及び消費電力の増大を抑えることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明の立体画像再生装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる立体画像再生装置１をその積層方向に垂直な方向から見た平面図である。この立体画像再生装置１は、外部からの照明光によって三次元画像（立体画像）を再生するための装置であり、反射層２、画像再生層３、中間層４、及びピンホール層５がこの順で積層されて構成されている。

反射層２は、再帰性反射材から成り、その上面２ａに入射した入射光を入射方向に沿って反射させる機能を有するシート状部材である。このような再帰性反射材としては、ガラスビーズを含有して入射光を屈折及び反射させることにより再帰性反射を生じさせるものや、プリズムを使って入射光を屈折及び反射させることにより再帰性反射を生じさせるものが用いられる。

画像再生層３は、反射層２の上面２ａに所定の画像パターンを印刷することによって形成される。印刷は、従来公知のインクを用いて、公知の印刷方法により施すことができる。具体的には、画像再生層３は、三次元画像を形作る光線生成のために色づけされた所定の光透過率を有する画像パターンとして描かれており、外部から反射層２の上面２ａに入射する照明光及びそれに伴う反射層２からの反射光の強度及び波長を、画像再生層３における透過点に応じて変調させる。ここで、画像再生層３は、透明性を有するシート部材の表面に画像パターンが印刷されたものであってもよい。

中間層４は、光透過率の大きいシート状の透明材料からなり、画像再生層３とピンホール層５との間において両層に接して設けられ、画像再生層３とピンホール層５との距離を一定に保持するスペーサとして機能する。

ピンホール層５は、反射層２上に画像再生層３及び中間層４を介して配置された遮光性を有するシート状部材であり、中間層４との接合面５ａに沿って光を通過させる複数のピンホール５ｂが２次元状に配列して形成されている。このようなピンホール５ｂとしては、ピンホール層５のピンホール５ｂ以外の部分が遮光性を有するように印刷されることによって形成されたものであってもよいし、ピンホール層５に貫通孔が加工されたものであってもよい。このピンホール５ｂは、外部から反射層２の上面２ａに向けて照射された入射光の一部を通過させるとともに、それに伴って反射層２によって反射された反射光を入射方向に沿って外部に通過させる。

このような構成の立体画像再生装置１に向けて、外部の白色光源（照明部）Ｌから、ピンホール層５の表面５ｃに向けて白色光（入射光）が照射されると、その入射光の入射方向Ｄ_１，Ｄ_２（図１参照）に沿った光成分が、ピンホール５ｂ、中間層４、及び画像再生層３を透過して反射層２の上面２ａに入射する。これに伴って反射層２の上面２ａにおいて反射された反射光は、入射方向Ｄ_１，Ｄ_２に沿って反対方向に進行することになり、再度画像再生層３、中間層４、及びピンホール５ｂを透過して外部に出射される。

これにより、反射層２の上面２ａの反射点、すなわち画像再生層３上の透過点と、ピンホール５ｂ上の透過点との組み合わせで、この二点を通る光線が再生され、画像再生層３の透過点における画像パターンによってこの光線の色づけ及び強度が決定されることになる。その結果、ピンホール層５の前面の複数の所定点Ｐ_１に像を結ぶように画像再生層３の画像パターンを形成させることにより、全体として観察者の視点に移動に応じた三次元画像Ｇを再生することができる。特に、三次元画像を再生する光線を画像再生層３を往復させることにより画像の色づけ及び強度が強調される結果、三次元画像の再生の精度がより高まることになる。

以上説明した立体画像再生装置１によれば、装置内部には照明用光源が不要とされる。これにより、従来の光線再生法やインテグラルフォトグラフィではピンホールに沿った点光源や大面積の内部光源を内蔵する必要があるのに対して、立体画像再生装置１では観察者の観察方向に沿って小型の外部光源から照明光を照射すれば済むので、再生画像の大面積化を図る場合であってもコストの増大や消費電力の増加を防ぐことができる。さらには、光源ユニットの交換等のメンテナンスも不要となる。また、画像再生層３は反射層２とピンホール層５との間に配置されているので、画像再生層３が外部に露出されることがなく、照明光によって生じる不要な反射光による再現性の低下を防ぐことができるとともに、再生画像に関する秘匿性や意外性の面で優れる。

また、外部の白色光源Ｌを照射したときのみ、かつその照射方向にのみ立体像が再生されるため、画像に指向性を持たせ、必要なときにだけ立体像を再生することが可能である。例えば、路上の壁面に立体画像再生装置１を設け、該装置平面に対して所定の方向から接近してくる歩行者（観察者）にのみ立体画像を見せたいときには、当該所定の方向に白色光源Ｌを設置して光を照射すればよい。あるいは、白色光源Ｌとして車のヘッドライトを利用すれば、光源と共に移動する運転者（観察者）に対して、必要な地点で必要なときに、立体画像を見せることができる。再帰性反射によって白色光源Ｌに戻ってくる光は、入射光の入射方向及びその周囲に若干の観測角（通常１°〜５°）を有しうる。そのため、前記車のヘッドライトと運転者の例の様に、観察者が光源の入射方向Ｄ_１，Ｄ_２上から少しずれている場所にいる場合であっても、観測角の中に入っていれば立体画像を観測することができる。

さらに、積層構造のみによって構成されているので、装置の外形を自由に設計でき、例えば、装置全体を曲面状に加工することも容易となる。

またさらに、立体画像再生装置１には機械構造や回路素子が含まれていないので、内部に光源を持つ場合に比べて、強度、耐久性が向上し、床面等に設置した場合でも十分な強度を確保することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。図２は、本発明の第２実施形態にかかる立体画像再生装置１０１をその積層方向に垂直な方向から見た平面図である。この立体画像再生装置１０１の第１実施形態との相違点は、画像再生層１０３とピンホール層１０５の配置が異なることである。

すなわち、ピンホール層１０５は、反射層２の上面２ａに複数のピンホール１０５ｂが２次元状に配列されるようにして形成されている。具体的には、ピンホール層１０５は、反射層２の上面２ａに沿って、ピンホール１０５ｂ以外の部位に遮光性を有する印刷用溶剤が印刷されることにより形成される。また、ピンホール層１０５は、隠蔽性を有するシート部材に貫通孔が加工されたものであってもよい。

画像再生層１０３は、中間層４上に配置され、所定の光透過率の分布を有するように画像パターンが印刷されたシート状部材である。

このような立体画像再生装置１０１によっても、外部の白色光源Ｌから、画像再生層１０３の表面１０３ａに向けて白色光が照射されると、その入射光の入射方向Ｄ_３，Ｄ_４（図２参照）に沿った光成分が、画像再生層１０３、中間層４、及びピンホール１０５ｂを透過して反射層２の上面２ａに入射する。これに伴って反射層２の上面２ａにおいて反射された反射光は、入射方向Ｄ_３，Ｄ_４に沿って反対方向に進行することになり、再度ピンホール１０５ｂ、中間層４、及び画像再生層１０３を透過して外部に出射される。

これにより、反射層２の上面２ａの反射点、すなわちピンホール１０５ｂ上の透過点と、画像再生層１０３上の透過点との組み合わせで、この二点を通る光線が再生され、画像再生層１０３の透過点における画像パターンによってこの光線の色づけ及び強度が決定されることになる。その結果、画像再生層１０３の前面の複数の所定点Ｐ_２に像を結ぶように画像再生層１０３の画像パターンを形成させることにより、全体として観察者の視点に移動に応じた三次元画像Ｇを再生することができる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。図３は、本発明の第３実施形態にかかる立体画像再生装置２０１をその積層方向に垂直な方向から見た平面図である。この立体画像再生装置２０１の第１実施形態との相違点は、反射層２０２の下面２０２ｂに沿って平面状光源２０６が配置されている点、及び反射層２０２が選択的な光透過性を有する点である。

具体的には、反射層２０２の下面２０２ｂに沿って、画像再生層２０３と対向するように平面状光源（照明部）２０６が配置されている。この平面状光源２０６は、反射層２０２の下面２０２ｂから画像再生層２０３に向けて白色光を照射する。

反射層２０２は、画像再生層２０３を透過して上面２０２ａに入射した入射光に対しては再帰性反射を生じさせ、平面状光源２０６から下面２０２ｂに入射した白色光を上面２０２ａに向けて透過させる機能を有する。このような反射層２０２としては、例えばプリズム型の再帰性反射シートを用いることができる。

この反射層２０２の上面２０２ａに沿って、所定の光透過率の分布を有するように画像パターンが印刷されたシート状部材である画像再生層２０３が配置される。

このような構成の立体画像再生装置２０１に向けて、外部の白色光源（照明部）Ｌから、ピンホール層５の表面５ｃに向けて白色光（入射光）が照射されると、立体画像再生装置１と同様のメカニズムで、ピンホール層５の前面の複数の所定点Ｐ_１に像を結ぶように画像再生層２０３の画像パターンを形成させることにより三次元画像Ｇが再生される。

一方、平面状光源２０６から白色光を照射させた場合は、その白色光の出射方向Ｄ_５，Ｄ_６（図３参照）に沿った一部の光成分が、反射層２０２、画像再生層２０３、中間層４、及びピンホール５ｂを透過して外部に出射される。これにより、ピンホール５ｂ上の透過点と画像再生層２０３上の透過点との組み合わせでこの二点を通る光線が再生され、ピンホール層５の前面の複数の所定点Ｐ_３に画像再生層２０３の画像パターンで決定される像が結ばれる結果、三次元画像Ｇが再生される。このようにして、外部の白色光源Ｌを用いても、内部の平面状光源２０６を用いても三次元画像が再生可能にされる。

以下、本発明の内容を、実施例を用いてより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。

（実施例１）
第１実施形態に対応する立体画像再生装置１を次のようにして作製した。透明インクジェットメディアIJ5363（住友スリーエム社製）に溶剤インクジェットプリンタJV3（ミマキエンジニアリング社製）を用いて印刷してピンホール層５を用意した。具体的には、ピンホール５ｂ以外の部分にブラック100％の画像を４度打ちモードで印刷した。ピンホール５ｂは直径0.7mmで縦横の間隔（ピンホールの中心間距離、以下同様）を8.8mmとした。次に、立体画像表示用の画像パターンをコンピュータを用いて計算した。そして、その画像パターンを再帰性反射シートIJ680-10（住友スリーエム社製）に溶剤インクジェットプリンタJV3（ミマキエンジニアリング社製）を用いて印刷して、反射層２及び画像再生層３を用意した。最後に、画像パターンが印刷された再帰性反射シートの上に厚さ3mmのアクリル板を中間層４として重ね、更にその上にピンホール層５を貼り合わせた。

（実施例２）
第２実施形態に対応する立体画像再生装置１０１を次のようにして作製した。まず、再帰性反射シートIJ680-10に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷して、反射層２及びピンホール層１０５を作製した。具体的には、ピンホール１０５ｂ以外の部分にブラック100％の画像を２度打ちモードで印刷した。ピンホール５ｂは直径0.7mmで縦横の間隔を8.8mmとした。次に、立体画像表示用の画像パターンをコンピュータを用いて計算した。そして、その画像パターンを透明インクジェットシートIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷して画像再生層１０３を用意した。最後に、ピンホール層１０５が印刷された再帰性反射シートの上に厚さ3mmのアクリル板を中間層４として重ね、更にその上に画像再生層１０３を貼り合わせた。

（実施例３）
第３実施形態に対応する立体画像再生装置２０１を次のようにして作製した。まず、透明インクジェットメディアIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷してピンホール層５を用意した。具体的には、ピンホール５ｂ以外の部分にブラック100％の画像を４度打ちモードで印刷した。ピンホール５ｂは直径0.7mmで縦横の間隔を8.8mmとした。次に、立体画像表示用の画像パターンをコンピュータを用いて計算した。そして、その画像パターンを透明インクジェットシートIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷して画像再生層２０３を用意した。最後に、平板状光源２０６（ライトボックス）の上にプリズム型再帰性反射シート#4090（住友スリーエム社製）を反射層２０２として貼り合わせ、その上に画像再生層２０３、厚さ3mmのアクリル板（中間層４）、及びピンホール層５を順に重ね合わせた。

（比較例１）
最初に、透明インクジェットシートIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷してピンホール層を用意した。具体的には、ピンホール以外の部分にブラック100％の画像を４度打ちモードで印刷した。ピンホールは直径0.7mmで縦横の間隔を8.8mmとした。次に、立体画像表示用の画像パターンをコンピュータを用いて計算した。そして、その画像パターンを透明インクジェットシートIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷して画像再生層を用意した。最後に、上記画像再生層の上に厚さ3mmのアクリル板を重ね、その上にピンホール層を重ね合わせたものをライトボックスの上に配置して、立体画像再生装置を作製した。

（比較例２）
最初に、透明インクジェットシートIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷してピンホール層を用意した。具体的には、ピンホール以外の部分にブラック100％の画像を４度打ちモードで印刷した。ピンホールは直径0.1mmで縦横の間隔を2.2mmとした。次に、立体画像表示用の画像パターンをコンピュータを用いて計算した。そして、その画像パターンを透明インクジェットシートIJ5363に溶剤インクジェットプリンタJV3を用いて印刷して画像再生層を用意した。最後に、上記ピンホール層の上に厚さ3mmのアクリル板を重ね、その上に画像再生層を重ね合わせたものをライトボックスの上に配置して、立体画像再生装置を作製した。

（三次元画像の再現性の評価）
実施例１〜３及び比較例１〜２により得られた三次元画像について、その再現性を評価した。評価は、装置外部の白色光源Ｌとして懐中電灯を用いた暗室内での評価（外照による再現性）と、装置内部のライトボックスを用いた暗室内での評価（内照による再現性）とに分けて行った。これにより、実施例１〜３においては外照によって再現性良く三次元画像が再生され、さらに実施例３においては内照によっても再現性が確保されることが分かった。一方、比較例１，２においては外照によって三次元画像は再生されなかった。

本発明の第１実施形態にかかる立体画像再生装置をその積層方向に垂直な方向から見た平面図である。 本発明の第２実施形態にかかる立体画像再生装置をその積層方向に垂直な方向から見た平面図である。 本発明の第３実施形態にかかる立体画像再生装置をその積層方向に垂直な方向から見た平面図である。

符号の説明

１，１０１，２０１…立体画像再生装置、２，２０２…反射層、３，１０３，２０３…画像再生層、４…中間層、５，１０５…ピンホール層、５ｂ，１０５ｂ…ピンホール、Ｇ…三次元画像、Ｌ…白色光源（照明部）。

Claims (4)

1. 外部からの照明光をその入射方向に沿って反射させる再帰性反射材からなる反射層と、
   前記反射層上に配置され、前記照明光及び前記反射層からの反射光の強度及び波長を変調させる画像パターンが印刷された画像再生層と、
   前記反射層上に配置され、前記照明光及び前記反射光を通過させるピンホールが２次元状に配列されたピンホール層と、
   前記画像再生層と前記ピンホール層との間に配置された光透過性を有する中間層と、
   を備えることを特徴とする立体画像再生装置。
2. 前記画像再生層は、前記反射層と前記ピンホール層との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の立体画像再生装置。
3. 前記ピンホール層は、前記反射層と前記画像再生層との間に配置されていることを特徴とする請求項１記載の立体画像再生装置。
4. 前記画像再生層及びピンホール層を介して前記反射層に前記照明光を照射する照明部を更に備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の立体画像再生装置。

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